Verfahren

Generatives Laser-Pulver-Auftragschweißen

Flächenbeschichtung und generierte 3D-Formkörper an einer zylindrischen Innenfläche.
© Fraunhofer IWS
Flächenbeschichtung und generierte 3D-Formkörper an einer zylindrischen Innenfläche.
Metallische Eintrittskante (Metal Leading Edge) aus TiAl6V4, generativer Aufbau in mitlaufender Schutzgasglocke.
© Fraunhofer IWS
Metallische Eintrittskante (Metal Leading Edge) aus TiAl6V4, generativer Aufbau in mitlaufender Schutzgasglocke.

Auf der Basis von 3D-CAD-Datenmodellen werden dreidimensionale Metallstrukturen erzeugt, um Bauteile direkt zu fertigen, zu modifizieren oder zu reparieren. Die Bauteilgröße ist bei dieser Verfahrensvariante nicht limitiert. Die kleinste laterale Strukturauflösung beträgt 30 µm. Defektfrei verarbeitet werden können Stähle, Nickel- und Kobalt-Legierungen, Titan- und Aluminium-Leichtbauwerkstoffe sowie karbidische Komposite. Aktuell in der Entwicklung befinden sich drüber hinaus intermetallische Titan-Aluminide sowie Ni-Basis-Hochtemperaturwerkstoffe.

Generatives Laser-Draht-Auftragschweißen

COAXwire-Bearbeitungsoptik zum Auftragschweißen und Generieren
© Fraunhofer IWS / Frank Höhler
COAXwire-Bearbeitungsoptik zum Auftragschweißen und Generieren

Im Unterschied zum Laser-Pulver-Auftragschweißen bieten Drähte signifikante Vorteile hinsichtlich der 100%igen Materialausnutzung, der sauberen Prozesse, der guten Oberflächenqualität sowie der geringen chemischen Reaktivität aufgrund der kleineren spezifischen Oberfläche.

Dank des neuen IWS-Bearbeitungskopfes COAXwire können nunmehr auch Drähte richtungsunabhängig zu Bauteilen mit hoher Geometriefreiheit verarbeitet werden. Die kleinste laterale Strukturauflösung beträgt gegenwärtig 600 µm. Es können grundsätzlich alle in Drahtform verfügbaren Schweißzusätze verarbeitet werden. Exemplarisch sind dies Werkzeug- und Edelstähle, INCONEL625 und INCONEL718, TiAl6V4, AlMg5 sowie Bronze und Zn-Basis-Modelllegierungen.

Hochleistungs-Deposition

Hybrider Hochleistungs-Laser-Auftragschweißprozess.
© Fraunhofer IWS
Hybrider Hochleistungs-Laser-Auftragschweißprozess.

Das direkte, einstufige Laser-Auftragschweißen bietet auch in den generativen Verfahrensvarianten den Vorteil hoher Produktivität und großer Bauraten bei gleichzeitigem Erhalt der Bauteilqualität. Dies wird entweder auf dem Weg hoher Laserleistungen oder durch moderne Hybridtechnologien erreicht. Letztere sind in Form des Laser-Heißdraht-Auftragschweißens sowie des induktiv unterstützten Laser-Pulver-Auftragschweißens verfügbar. Die charakteristischen Auftragraten betragen bis zu 14 kg/h Metalllegierungen bei Formgenauigkeiten der Rohteile zwischen 0,4 und 0,8 mm.

Laser-Fräs-Kombination

Generativ hergestellter und partiell endbearbeiteter Spritzguss-Formeneinsatz.
© Fraunhofer IWS
Generativ hergestellter und partiell endbearbeiteter Spritzguss-Formeneinsatz.
5-Achs-CNC Fertigungszentrum zum Auftragschweißen- und Endbearbeiten.
© Fraunhofer IWS
5-Achs-CNC Fertigungszentrum zum Auftragschweißen- und Endbearbeiten.

In modernen CNC-Fertigungszentren erfolgt eine Kopplung von additiv-generativer Laserbearbeitung und subtraktiver spanender, zum Beispiel Fräsbearbeitung. Für den Anwender komfortable Lösungen sind zum Beispiel Standard-Fräsmaschinen, die durch die Integration von Lasermodulen additiv-generativen Fertigungsprozessen zugänglich gemacht werden. Die Bauteilgröße wird hier vom Arbeitsraum der Maschine bestimmt, das verfügbare Werkstoffspektrum von der Zerspanbarkeit. Die finale Genauigkeit hängt nicht mehr vom generativen Laserprozess ab, sondern wird durch die Fräsoperation definiert.